一種基於SLiM-Cut技術製備超薄矽片的方法
2023-05-28 05:08:01 1
專利名稱：一種基於SLiM-Cut技術製備超薄矽片的方法
技術領域：
本發明涉及一種矽片的製備方法，具體地說是ー種基於SLiM-Cut技術製備超薄矽片的方法。
背景技術：
矽片是現代微電子技術和太陽能光電轉換技術的基礎，是太陽能光伏電池技術中最昂貴的部分。近年來，儘管矽原料價格已有明顯下降，降低矽片的製造成本對於提高太陽能對傳統能源的競爭カ依然至關重要。目前,太陽能娃片切割技術主要是利用上世紀80年代瑞士 Charles Hauser博士發明的線鋸切割方法。現代線鋸的核心是在研磨漿配合下用於完成切割動作的超細高強度切割線，切割線直徑已經從原來的180 mm降低到了目前普遍使用的100-120 mm，矽片的厚 度從原來的330 mm降低到現在普遍的180 mm。根據理論模擬，若娃片的厚度為40 mm,太陽能光伏電池可達到最佳性能。2007年，比利時Dross等人公布了一項製造太陽能電池用50 mm厚晶體娃片的新方法[F. Drosset al., Appl. Phys. A 89，149 (2007)]。其最大的特點在於，不同於以往用線鋸切割矽碇的技術，而是利用矽與金屬間的熱膨脹差異來剝取矽片，因此，不會產生由切屑等造成的不必要的浪費。這種新方法被稱作stress induced lift-off method (SLiM-Cut)技術。SLiM-Cut技術的實現過程如下首先，在晶體矽襯底上依次用絲網印刷機印製銀漿和鋁漿薄膜；然後，將其放到帶式輸送機上入爐，在900で下退火；隨著溫度下降，金屬層與矽層的熱膨脹率差異會使矽層產生變形，出現龜裂並沿著矽層表面擴大；此時，如果剝離金屬層，矽層的表面部分也會沿著龜裂一起剝落；然後，通過蝕刻去除金屬層，就可以只留下50 mm的矽片。在Dross等人公布的方法中，使用了較為昂貴的銀漿和鋁漿，並且退火溫度較高，因此該方法的生產成本依然較高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種基於SLiM-Cut技術製備超薄矽片的方法，該方法生產成本低，並且製備的矽片完整度及表面平整度好。本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案是一種基於SLiM-Cut技術製備超薄矽片的方法，包括以下步驟
(I)、取大小為5X5 cm2的矽片作為襯底。(2)、將矽襯底水平放置，在其上表面通過絲網印刷的方法印上ー層厚度為20 mm
青銅漿層。(3)、然後將印有青銅漿層的矽襯底放置在200°C的條件下，使青銅漿層乾燥，形成
青銅層。(4)、將附有乾燥後青銅層的矽襯底放入快速退火爐中，加熱到720で之後，保溫10秒，然後停火，風冷冷卻。
(5)、將步驟(4)冷卻後的矽襯底取出，設有青銅層的一面朝上放置，通過絲網印刷的方法在矽襯底上青銅層的表面印製厚度為40 mm的鋅漿層，然後在200°C的條件下，使鋅漿層乾燥，形成鋅層。(6)、將步驟(5)的矽襯底製備有鋅層的一面朝上放入快速退火爐中，加熱到720で之後，保溫10秒，然後停火，風冷冷卻，在冷卻過程中利用不同材料熱膨脹係數的差異，通過鋅層的收縮，使矽襯底表面與青銅層相結合的矽層從矽襯底上剝離。(7)、將鋅層、青銅層和附著在青銅層上的矽層一同從矽襯底上剝離，然後放入化學蝕刻液中，將鋅層和青銅層腐蝕溶解，取出剰餘的矽層，清洗後晾乾，即得到厚度為30-50mm的超薄娃片。所述步驟(I)中作為襯底的矽片厚度為250— 650 mm。所述步驟(2)中青銅漿層中的青銅由75%的銅與25%的錫構成。所述步驟(7)中化學蝕刻液為FeCl3溶液。本發明的有益效果是本發明採用鋅作為剝離矽片的金屬層，選用青銅作為保護層，防止鋅滲入矽襯底中而影響製得矽片的純度和質量。該方案中由於青銅的熔點是800で，熱膨脹係數為17. 5 10_5/°C，鋅的熔點為420で，熱膨脹係數，36 10_5/°C;與傳統的SLiM-Cut技術用到銀的熔點為962°C，熱膨脹係數19. 5 10_5/°C，鋁的熔點為660 V，熱膨脹係數23. 2 10_5/°C相比，該方案所用的青銅和鋅具有適宜的熔點和熱膨脹係數，剝離的矽片完整度和表面平整度好，製成的矽片厚度達到30-50 _。本方案退火溫度較低，降低了能源消耗。本發明以青銅和鋅為絲印層，均為傳統的材料，與現有的銅及鋅加工エ藝可以實現無縫銜接，便於進行大規模化生產，利於降低成本。
具體實施例方式一種基於SLiM-Cut技術製備超薄矽片的方法，包括以下步驟
(I)、取大小為5X5 cm2的矽片作為襯底。(2)、將矽襯底水平放置，在其上表面通過絲網印刷的方法印上ー層厚度為20 mm
青銅漿層。(3)、然後將印有青銅漿層的矽襯底放置在200°C的條件下，使青銅漿層乾燥，形成
青銅層。(4)、將附有乾燥後青銅層的矽襯底放入快速退火爐中，加熱到720で之後，保溫10秒，然後停火，風冷冷卻。(5)、將步驟(4)冷卻後的矽襯底取出，設有青銅層的一面朝上放置，通過絲網印刷的方法在矽襯底上青銅層的表面印製厚度為40 mm的鋅漿層，然後在200°C的條件下，使鋅漿層乾燥，形成鋅層。
(6)、將步驟(5)的矽襯底製備有鋅層的一面朝上放入快速退火爐中，加熱到720 V 之後，保溫10秒，然後停火，風冷冷卻，在冷卻過程中利用不同材料熱膨脹係數差異比較大的特點，所製備的鋅層收縮產生捲曲，使矽襯底表面的矽層產生裂紋(一般沿〈111〉或者〈100〉方向斷裂)，從而使矽襯底表面與青銅層相結合的矽層從矽襯底上剝離。(7)、將鋅層、青銅層和附著在青銅層上的矽層一同從矽襯底上剝離，然後放入化學蝕刻液中，利用化學蝕刻法將鋅層和青銅層腐蝕溶解，取出剰餘的矽層，清洗後晾乾，即得到厚度為30-50 mm的超薄矽片。所述蝕刻液可以採用FeCl3溶液。所述步驟(I)中作為襯底的矽片厚度為250— 650 mm。所述步驟(2)中青銅漿層中的青銅由75%的銅與25%的錫構成。在印製青銅漿層和鋅漿層時，可以通過控制絲網的目數以及絲網的厚度來控制金屬漿層的厚度。對於本發明，可採用200目的絲網。絲網的厚度根據金屬漿層厚度的不同，分別採用20 mm和40 mm，這樣可以一次印製成所需的金屬漿層，簡化了エ藝，縮短了操作時間。利用上述方法製備出的一片I cm2的超薄矽片樣品，裝配成一個簡單的太陽能電 池，經測算，其初步轉化效率達到9.9%。利用本發明製作超薄矽片，提高了矽襯底的利用率、省去了製作電極的材料；由於採用絲網印刷青銅層和鋅層，均為價格低廉的傳統材料，可以利用現有的設備進行加工，生產成本大大降低，便於進行大規模生產，具有市場競爭力。
權利要求
1.一種基於SLiM-Cut技術製備超薄矽片的方法，其特徵在於包括以下步驟 (1)、取大小為5X5cm2的矽片作為襯底； (2)、將矽襯底水平放置，在其上表面通過絲網印刷的方法印上一層厚度為20mm青銅漿層； (3)、然後將印有青銅漿層的矽襯底放置在200°C的條件下，使青銅漿層乾燥，形成青銅層； (4)、將附有乾燥後青銅層的矽襯底放入快速退火爐中，加熱到720°C之後，保溫10秒，然後停火，風冷冷卻； (5)、將步驟(4)冷卻後的矽襯底取出，設有青銅層的一面朝上放置，通過絲網印刷的方法在矽襯底上青銅層的表面印製厚度為40 mm的鋅漿層，然後在200°C的條件下，使鋅漿層乾燥，形成鋅層； (6)、將步驟(5)的矽襯底製備有鋅層的一面朝上放入快速退火爐中，加熱到720V之後，保溫10秒，然後停火，風冷冷卻，在冷卻過程中利用不同材料熱膨脹係數的差異，通過鋅層的收縮，使矽襯底表面與青銅層相結合的矽層從矽襯底上剝離； (7)、將鋅層、青銅層和附著在青銅層上的矽層一同從矽襯底上剝離，然後放入化學蝕刻液中，將鋅層和青銅層腐蝕溶解，取出剩餘的矽層，清洗後晾乾，即得到厚度為30-50 mm的超薄矽片。
2.如權利要求I所述的一種基於SLiM-Cut技術製備超薄矽片的方法，其特徵在於所述步驟(I)中作為襯底的矽片厚度為250— 650 mm。
3.如權利要求I所述的一種基於SLiM-Cut技術製備超薄矽片的方法，其特徵在於所述步驟(2)中青銅漿層中的青銅由75%的銅與25%的錫構成。
4.如權利要求I所述的一種基於SLiM-Cut技術製備超薄矽片的方法，其特徵在於所述步驟(7)中化學蝕刻液為FeCl3溶液。
全文摘要
一種基於SLiM-Cut技術製備超薄矽片的方法，在矽襯底上印上一層厚度為20mm青銅漿層，乾燥後放入快速退火爐，加熱到720℃之後，保溫10秒，然後停火冷卻；取出後在矽襯底上青銅層的表面印製厚度為40mm的鋅漿層，乾燥後放入快速退火爐中，加熱到720℃之後，保溫10秒，然後停火冷卻，使矽襯底表面與青銅層相結合的矽層從矽襯底上剝離；放入化學蝕刻液中，將鋅層和青銅層腐蝕溶解，取出剩餘的矽層，清洗後晾乾，即得到厚度為30-50mm的超薄矽片。本方案退火溫度較低，降低了能源消耗；以青銅和鋅為絲印層，均為傳統的材料，便於進行大規模化生產，利於降低成本。
文檔編號H01L21/02GK102683179SQ20121018894
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月11日 優先權日2012年6月11日
發明者周鋒子, 李國嶺, 李新忠, 李立本, 李航, 王丹丹 申請人:河南科技大學